Современное развитие вычислительной техники и методов математического моделирования дает уникальную возможность для перевода как научных исследований, так и промышленного производства на качественно новый уровень. Важный элемент этого процесса — высококвалифицированные кадры в области СКТ, подготовка которых идет в рамках национального президентского проекта “Суперкомпьютерное образование” (http://hpc-education.ru). Именно им предстоит внедрять передовые суперкомпьютерные технологии в самых различных областях — при решении фундаментальных задач физики, химии, нанотехнологий, генетики, а также прикладных задач в нефтегазовой промышленности, моторостроении, фармацевтике, строительстве, прогнозировании погоды и глобальных изменений климата…
Можно ли заглянуть внутрь работающего ядерного реактора? Конечно, нет. Однако инженер-конструктор должен знать, что именно происходит внутри этой сложной системы. Как же увидеть потоки теплоносителя, омывающие раскаленные ТВЭЛы задолго до того, как такой ядерный реактор будет создан? Неоценимым помощником в данном случае становится суперкомпьютер, оснащенный специализированным ПО, которое позволяет вести детальный расчет движения жидкости внутри реактора.
Как известно, в России идет строительство реактора будущего: безопасного, мощного и эффективного БН-800. Численное моделирование движения теплоносителя (в данном случае — жидкого натрия) в реакторе было проведено с помощью самого высокопроизводительного в России суперкомпьютера “Ломоносов” с использованием российской программы расчета движения жидкости и газа FlowVision.
Для корректного моделирования течения теплоносителя в проточной части верхней смесительной камеры (ВСК) реактора необходим учет всех основных конструктивных элементов, в частности головок ТВС активной зоны и труб внутрикорпусной защиты. Характерные размеры этих элементов много меньше размеров основной части конструкции. Разрешение течений в соответствующих каналах требует уменьшения размеров расчетных ячеек, что приводит к значительному увеличению расчетной сетки и, соответственно, необходимости использования для расчета высокопроизводительных вычислительных ресурсов.
В основе построения расчетной модели для определения полей скоростей и температур в ВСК реактора в FlowVision была использована равномерная начальная расчетная сетка, позволяющая разрешить течение в основной части конструкции. Для корректного моделирования течения рабочего вещества в узких каналах расчетная сетка была дополнительно локально измельчена (адаптирована). Адаптация проводилась вблизи стенок стержней защиты и отверстий опорных обечаек теплообменников таким образом, что линейные размеры полученных ячеек стали в восемь раз меньше размеров ячеек начальной сетки.
В результате моделирования получены поля скоростей и распределения температуры теплоносителя в проточной части верхней смесительной камеры реактора. Проведено исследование изменения с течением времени температуры теплоносителя в зонах расположения условных датчиков.
Выполненное расчетное исследование показало, что температура теплоносителя в ВСК реактора имеет существенно неоднородный характер (см. рисунок), что приводит к образованию вихрей в верхней смесительной камере и к пульсации температуры. Это может повлиять на температурное состояние элементов конструкции реактора и оборудования. По результатам численного моделирования были выработаны рекомендации по улучшению конструкции реактора для создания более однородного распределения температуры в смесительной камере.
По мнению исполнителей расчетов — специалистов ООО “ТЕСИС”, применение суперкомпьютеров класса “Ломоносов” помогает существенно ускорить проектирование новых ядерных реакторов и, что более важно, избежать ошибок конструкции, которые в будущем могут привести к катастрофическим последствиям.
Наша справка:
Программный комплекс FlowVision — российский лидер численного моделирования стационарных и нестационарных течений жидкости и газа. FlowVision решает задачи внешней и внутренней аэрогидродинамики. Программный комплекс обладает уникальными возможностями: решает сопряженные задачи взаимодействия потока с деформируемым телом совместно с конечно-элементной программой, рассчитывает совместное движение свободной поверхности и плавающих тел, автоматически строит сетки для расчетных областей любой степени сложности, локально дробит и укрупняет ячейки в соответствии с заданными критериями адаптации. FlowVision успешно работает на параллельных компьютерах как с общей, так и с распределенной памятью (кластерах).
Подробнее — на сайте www.flowvision.ru
ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ПРЕДСТАВЛЕН В ФОРМАТЕ PDF.
Спецвыпуск подготовила
Нина Шаталова
Нет комментариев